تاریخچه‌ای در مورد برنز

برنز، این فلز زیبا و کابردی چگونه مجسمه سازان را شیفته خود ساخت...

برنز چیست؟

برنز آلیاژی است که در درجه اول از مس تشکیل شده است. که معمولاً دارای 12 تا 12.5  درصد قلع است. اغلب با فلزات دیگر (مانند آلومینیوم، منگنز، نیکل یا روی) و بعضی‌اوقات غیر فلزات یا شبه فلزاتی مانند آرسنیک، فسفر یا سیلیکون ترکیب می‌شود. این ترکیبات طیف وسیعی از آلیاژها را تولید می کنند که ممکن است سخت‌تر از فلز مس خالص باشند یا دارای خواص مفید دیگری مانند سفتی، چگالی یا ماشین‌کاری باشند.

دوره ای‌که در آن برنز به عنوان سخت‌ترین فلز کاربرد گسترده داشته، به عصر برنز معروف است. آغاز عصر برنز در هند و اوراسیای غربی به طور مرسوم به اواسط هزاره 4 قبل از میلاد و در چین به اوایل هزاره 2 قبل از میلاد می‌‍رسد. که به تدریج به مناطق دیگر گسترش می‌یابد. عصر مفرغ پس از عصر آهن از حدود سال 1300‌قبل از میلاد مسیح آغاز و تا حدود 500 سال قبل از میلاد مسیح به اکثر اوراسیا رسید. همچنین استفاده از برنز در آن دوران بیشتر از دوران معاصر ادامه پیدا کرد.

از آنجا که قطعات تاریخی غالباً از برنج (مس و روی) و آلیاژهای برنزی با ترکیبات مختلف ساخته می شدند. موزه های مدرن و توصیف های علمی برای اشیاء قدیمی که از آلیاژهای برنز با ترکیبات مختلف ساخته شده بودند به جای نام‌گذاری متفاوت از اصطلاح تعمیم یافته "آلیاژ مس" استفاده می‌کنند.

تاریخچه برنز

کشف برنز به انسان این امکان را داد تا اشیاء فلزی بسازند که از قبل سخت تر و بادوام تر باشد. ابزار برنزی، سلاح، زره پوش و مصالح ساختمانی مانند کاشی های تزئینی سخت تر و با دوام تر از نمونه های قدیمیتر خود که معمولا از مس و سنگ ساخته شده بودند، بود. در ابتدا، برنز از مس و آرسنیک ساخته شده بود. آلیاژ برنز آرسینیک از ترکیب سنگ معدن طبیعی و یا مصنوعی مس و آرسنیک تشکیل شده بود.

اولین آثار باستانی تاکنون شناخته شده از فلات ایران در هزاره 5 قبل از میلاد است.

در اواخر هزاره سوم قبل از میلاد، قلع به عنوان عنصر اصلی در ترکیب برنز مورد استفاده قرار گرفت.

مجسمه برنزی

برنز قلع نسبت به برنز آرسنیک برتری داشت. زیرا فرآیند تولید آلیاژ  به راحتی قابل کنترل، و آلیاژ حاصل قوی تر و راحت تر برای ریخته گری بود. همچنین برخلاف آرسنیک، فلز قلع و دودهای حاصل از پالایش آن سمی نیستند. اولین آلیاژ برنزقلع قدمت 4500 ساله دارد که قبل از میلاد مسیح در یک سایت فرهنگی وینزا در پلوشنک (صربستان) یافت شده است. سایر نمونه‌های اولیه مربوط به اواخر هزاره چهارم قبل از میلاد در مصر، شوش و برخی از مکان‌های باستانی در چین، لرستان و بین النهرین (عراق) است.

خواص و مشخصات برنز

برنزها به طور معمول آلیاژی انعطاف‌پذیر هستند و نسبت به چدن شکنندگی کمتری دارند. به طور معمول برنز فقط سطحی اکسیده می‌شود. پس از تشکیل لایه اکسید مس (که در نهایت تبدیل به کربنات مس می‌شود) فلز زیرین از خوردگی بیشتر محافظت می‌شود. این را می‌توان در مجسمه های دوره هلنیستی دید. اما اگر کلریدهای مس تشکیل شوند، یک حالت خوردگی به نام "بیماری برنز" ایجاد می‌شود که سرانجام آن را به طور کامل از بین می‌برد. آلیاژهای مبتنی بر مس نقاط ذوب کمتری نسبت به فولاد یا آهن دارند و به راحتی از فلزات تشکیل دهنده آنها تولید می‌شوند. آلیاژهای مس معمولاً حدود 10 درصد از فولاد متراکم تر هستند. اگرچه آلیاژهایی که از آلومینیوم یا سیلیکون ساخته شده‌اند ممکن است کمی چگالتر باشند. برنز نسبت به بیشتر فولادها رسانای بهتری برای گرما و برق است. هزینه آلیاژهای با پایه مس معمولاً بیشتر از فولادها اما از آلیاژهای پایه نیکل پایین‌تر است.

مس و آلیاژهای آن دارای کاربردهای زیادی هستند. که منعکس کننده خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آنها است. برخی از خواص رایج عبارتند‌از: هدایت الکتریکی بالای مس خالص، خاصیت اصطکاک کم برنز تقویت شده (برنز که دارای مقدار سرب بالای 6-8٪ است) ، خاصیت رزونانس برنز زنگ(20٪ قلع ، 80٪ مس)، و مقاومت در برابر خوردگی توسط آب دریا چند آلیاژ برنز

نقطه ذوب برنز بسته به نسبت اجزای آلیاژ متفاوت است. که در حدود 950 درجه سانتیگراد (1742 درجه فارنهایت) است. برنز معمولاً غیر مغناطیسی است. اما برخی از آلیاژهای حاوی آهن یا نیکل ممکن است دارای خاصیت مغناطیسی باشند.

مجسمه برنزی فرانسوی2

موارد استفاده

برنز، یا آلیاژها و ترکیباتی شبیه به برنز، برای دوره‌های طولانی در ضرب سکه مورد استفاده قرار گرفتند. برنز به خصوص برای استفاده در اتصالات قایق و کشتی قبل از بکارگیری گسترده از فولاد ضد زنگ به دلیل  مقاومت در برابر خوردگی توسط آب دریا، مناسب بود. برنز هنوز هم به طور گسترده در پروانه های کشتی و یاتاقان‌هایی که در آب فرو می‌روند مورد استفاده می‌گیرد.

در قرن بیستم، سیلیکون به عنوان عنصر آلیاژی اصلی معرفی شد. این آلیاژ به منظور کاربرد گسترده در صنعت و فرم دادن به مجسمه های معاصر ایجاد شد. مجسمه سازان ممکن است برنز سیلیکون را به دلیل در دسترس بودن رادهای برنز سیلیکون ترجیح دهند، که امکان ترمیم نقص رنگ در ریخته گری‌ها را فراهم می‌کند.

مجسمه برنزی فرانسوی

آلومینیوم هم‌ در ساختار آلیاژ برنز آلومینیومی استفاده می‌شود.

برنز همچنین دارای اصطکاک کمی نسبت به فلزات دیگر است. این امر برای توپ‌ها مدرن قبل از هدفگیری  بسیار مهم است، جایی که توپ های آهنی در لوله توپ گیر می‌کنند. این آلیاژ امروزه به طور گسترده‌ای برای فنرها، یاتاقان‌ها، بوش‌ها، یاتاقان‌های خلبانی سیستم انتقال اتومبیل و اتصالات مشابه و به ویژه در یاتاقان موتورهای برقی کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برنز فسفر به ویژه برای یاتاقان‌ها و فنرهای با دقت بالا، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در رشته‌های گیتار و پیانو استفاده می‌شود.

بر خلاف فولاد، برخورد برنز با سطح سخت باعث ایجاد جرقه نمی‌شود. بنابراین از آن (همراه با مس بریلیم) برای ساخت چکش،پولک،آچار و سایر ابزارهای بادوام استفاده می شود. تا در جوهای انفجاری یا در صورت وجود بخارات قابل اشتعال مورد استفاده قرار گیرد.

برنز فسفر برای پروانه‌های کشتی، سازهای موسیقی و برخوردهای الکتریکی استفاده می‌شود. یاتاقان‌ها به دلیل خاصیت اصطکاک آن اغلب از برنز ساخته می شوند.

برنز آلومینیوم سخت و مقاوم در برابر سایش است و برای یاتاقان‌ها و روکش ابزار مورد استفاده قرار می‌گیرد.